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2023
Conference Paper
Title
Mehrquellen-Wärmepumpensystem im Feldtest: Betriebsanalyse eines Mehrquellen-Wärmepumpensystems mit den Quellen Erdreich und Außenluft im Mehrfamilienhausbestand
Abstract
Während Wärmepumpen (WP) in neuen Einfamilienhäusern inzwischen die dominierenden Wärmeerzeuger sind, sind sie in Mehrfamilienhäusern (MFH) deutlich unterrepräsentiert. Zentrale quellenseitige Hemmnisse im innerstädtischen Kontext sind die geringe Flächenverfügbarkeit bei Erdreich-WP sowie die Vorgaben der TA Lärm bei Außenluft-WP. Zugleich besteht mit einem Anteil von 82 % im Jahr 2021 (BWP e.V. 2022) ein deutlicher Trend hin zu den bzgl. Investitionskosten günstigeren aber weniger effizienten Außenluft-WP (mittlere JAZ im Bestand von 3,1, Erdreich-WP: 4,1 (Günther et al. 2020)). Im BMWi-geförderten Projekt „HEAVEN“ (FKZ: 03ET1540B, www.lowex-bestand.de/index.php/heaven-viessmann) wird die kombinierte Nutzung dieser Wärmequellen mittels Erdwärmesonden (EWS) und Luft/Sole-Wärmeübertrager (LWÜT) als Quelle für eine Sole-WP-Kaskade untersucht, um die beschriebenen Nachteile zu kompensieren. Durch eine Teillastdimensionierung der EWS entsprechend der Flächenverfügbarkeit und eine flexible Kompensation der verminderten geringeren Kälteleistung mittels LWÜT kann die vorteilhafte Quelle Erdreich auch im MFH Bestand nutzbar gemacht und die Investitionskosten reduziert werden. Eine Kombination der Vorteile beider Quellen führt zu stabilen und relativ hohen Primärtemperaturen. Neben den spezifischen Vorteilen jeder Quelle werden durch hydraulische Kopplung der Quellen weitere Synergien erschlossen: Die Abtauung des LWÜT mittels EWS sowie die Regeneration des Erdreichs über Außenluft. Seit November 2021 ist das neu entwickelte Mehrquellen-Wärmepumpensystem in Betrieb und beheizt ein 1995 teilsaniertes MFH mit 30 Wohneinheiten in Karlsruhe-Durlach. Die Normheizlast ( 12°C) beträgt 74 kW zuzüglich 10 kW zur Bereitung von Trinkwarmwasser (TWW). Die installierte WP-Kaskade hat 42 kW und 29 kW Heizleistung bzw. 34 kW und 23 kW Kälteleistung bei B0/W35. Ein 40 kW Lamellen-Rundrohr-WÜT sowie ein 30 kW EWS-Feld dienen als Quellen. Ferner unterstützt ein 100 kW Gaskessel bivalent-teilparallel bei der TWW-Bereitstellung sowie bei der Spitzenlastdeckung im Raumheizmodus. Die Wärmepumpenanlage wird seit Inbetriebnahme mit dem Ziel der quellen- wie senkenseitigen Betriebsanalyse und Optimierung detailliert messtechnisch untersucht. Der Konferenzbeitrag umfasst die Auswertung der ersten Betriebsphase. Es wird zunächst auf fehlerhafte Betriebssituation und die damit verbundenen Optimierungspotentiale der senkenseitigen Regelung eingegangen. Im Zuge dessen konnte der Beitrag des Gaskessels von 25 % auf 15 % reduziert und die Arbeitszahl durch Reduktion der Heizkurve um 8 % verbessert werden. Darüber hinaus erfolgt eine Betrachtung typischer quellenseitiger Betriebssituationen (WP-Betrieb, Regeneration, Abtauung) im Jahresverlauf mit Blick auf die thermischen Leistungen, Energiemengen und Temperaturen der Wärmequellen Erdreich und Außenluft.
Conference
Language
German